211service.com
De computer die informatie tegelijkertijd opslaat en verwerkt
Het menselijk brein is een buitengewone computermachine. Niemand begrijpt precies hoe het zijn magie werkt, maar een deel van de truc is de mogelijkheid om informatie tegelijkertijd op te slaan en te verwerken.
Dat is totaal anders dan conventionele computers die informatie opslaan in het RAM-geheugen of op de harde schijf en deze heen en weer sturen als dat nodig is naar een centrale verwerkingseenheid.
De tijd en energie die dit alles kost, is wat uiteindelijk de conventionele computerprestaties beperkt, het zogenaamde von Neumann-bottleneck. Dit is in wezen de reden dat conventionele computers de prestaties van biologische computers niet benaderen.
Dat gaat allemaal veranderen. Vandaag schetsen Max Di Ventra van de Universiteit van Californië, San Diego en Yuriy Pershin van de Universiteit van South Carolina, Columbia, een opkomende vorm van berekening, memcomputing genaamd, gebaseerd op de recente ontdekking van elektronische componenten op nanoschaal die zowel informatie opslaan als verwerken aan de dezelfde tijd.
De kern van deze nieuwe vorm van computergebruik zijn de memristor, memcapacitor en meminductor, fundamentele elektronische componenten die informatie opslaan terwijl ze respectievelijk als weerstanden, condensatoren en inductoren werken.
Deze apparaten werden theoretisch voorspeld in de jaren zeventig, maar werden pas in 2008 voor het eerst geproduceerd, dus het zijn nieuwelingen op het gebied van elektronica.
Natuurkundigen herkenden onmiddellijk het vermogen van zogenaamde memelementen om biologische computers na te bootsen en verschillende groepen hebben chips ontworpen en gebouwd om dit idee uit te buiten, bijvoorbeeld hier.
Maar de eigenschappen van memelementen die ze zo goed maken in biologisch computergebruik, waren moeilijk vast te stellen. Dat is waar Di Ventra en Pershin binnenkomen. Deze jongens hebben de essentiële eigenschappen gedestilleerd die ervoor moeten zorgen dat memelementen de prestaties van de hersenen kunnen evenaren.
Ze zeggen dat deze eigenschappen de mogelijkheid omvatten om informatie gedurende lange perioden op te slaan; het vermogen om collectief te handelen zodat de toestand van een geheugenapparaat als geheel afhangt van de toestanden van al zijn geheugenelementen; een robuustheid tegen lawaai en kleine onvolkomenheden; enzovoorts.
Misschien wel het belangrijkste is echter de mogelijkheid om informatie tegelijkertijd op te slaan en te verwerken, een eigenschap die volkomen vreemd is in de conventionele computerwereld
Dit is een interessante benadering die probeert de beste manier te vinden om memcomputing te benaderen. En het heeft een enorm potentieel. Memcapacitors en meminductors verbruiken in wezen geen energie en zouden dus toepassingen met zeer lage energie mogelijk moeten maken. Dat moet het voor hen mogelijk maken om voor het eerst de energie-efficiëntie van natuurlijke systemen te benaderen.
Een belangrijke mijlpaal op dit gebied zou de demonstratie zijn van een memcomputing-apparaat met rekencapaciteiten en energieverbruik vergelijkbaar met (of beter dan) die van het menselijk brein, zeggen Di Ventra en Pershin.
Een belangrijke factor bij dit alles is dat mem-gedrag een natuurlijke eigenschap is van systemen op nanoschaal. Daarom duurde de experimentele ontdekking van memelementen zo lang na de theoretische voorspelling - het moest wachten tot natuurkundigen het vermogen hadden ontwikkeld om componenten zo klein te maken.
En nu elektronische componenten steeds kleiner worden, zullen chipfabrikanten vanzelfsprekend zelf met deze nieuwe eigenschappen te maken krijgen.
Dat biedt allerlei nieuwe kansen. Biologische systemen, zoals neuronen, werken van nature op deze schaal en moeten dus memelementen zijn of hebben. Dat ontgaat Di Ventra en Perhsin niet: al deze kenmerken lijken verleidelijk op die in de biologische wereld, en bieden zo nieuwe mogelijkheden voor biologisch geïnspireerde berekeningen.
Een gebied dat het bekijken waard is.
Referentie: arxiv.org/abs/1211.4487 : Memcomputing: een computerparadigma om informatie op hetzelfde op te slaan en te verwerken
Fysiek platform